Способ непрерывной разливки алюминия
Союз Советскии
Социалистические
Респубпик
ОПИСЛНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iu899239 (61) Дополнительное и авт. саид-ву (22)Зая»«0 220978 (>) 2665686/22-02 (5I )M. Кл.
В 22 D 11/00 с прнсоелинениеи заявки М
Государстееииый комитет (23) Приоритет
Опубликовано 2301.82. Бюллетень № 3 ио делеи изсбретеиий и открытий (5Ç) УДК 621.746. .047(088.8) Дата опубликования описания 230182
В.И. Савушкин, В.С. Шипилов, А.N. Гришин, Г(И. Эскин, Л.И. Кофман, П.Н. Швецов и В.К. СкулинеЦ (72) Авторы изобретения
{71) Заявитель (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ РАЗЛИВКИ АЛЮМИНИЯ
Изобретение относится к металлур- .гии цветных металлов и сплавов и может быть использовано при непрерывной или полунепрерывной отливке сплавов и полых алюминиевых заготовок различных поперечных сечений.
Известен способ введения колебаний в непрерывно отливаемый слиток через магнитостриктор, жестко связанный с данной частью затвердевше1о
ro слитка.
Этот способ способствует измельчению структуры металла (1).
Однако используемая акустическая система не позволяет постоянно подт5 держивать режим стоячей волны, а следовательно, и максимальную амплитуду колебаний на участке формирова- ". ния корочки слитка, так как в про цессе литья длина слитка увеличивается, а следовательно, увеличивается и общая длина всей колебательной системы в которую входит слиток, соединительная прокладка, концентратор магнитостриктора и преобразователь.
Поэтому величина трения в процессе литья изменяется, а качественная по" верхность слитка обеспечивается лишь в моменты, когда длина колебательной системы кратна длине полуволны
УЗК.
Кроме того, необходимы затраты большого количества ультразвуковой энергии, чтобы довести всю массу слитка до амплитуды колебаний, обеспечивающей снижение сил трения.
Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения качестванепрерывнолитой заготовки, включающий подачу металла в кристаллизатор, которому сообщают возвратнопоступательное движение и низкочас-тотные вынужденные колебания с частотой равной 0,75-1,25 частоты собственных колебаний оболочки формируемой в кристаллизаторе заготовки, причем амплитуда вынужденных колебаний составляет 50-1003 величины за", 899239 вора между поверхностью заготовки и стенкой кристаллизатора (2).
Недостатком известного способа является сложность механических устройств, используемых для возбуждения низкочастотных колебаний с большими амплитудами. Кроме того, известный способ не исключает образования таких поверхностных дефектов, как ликвационные наплывы, неслитины и заво- 10 роты, а лишь несколько уменьшает их величину. Таким образом, известный способ не позволяет существенно улучшить качество поверхности слитков, особенно полых, так как для уменьше- ts ния трения между слитком и кристализатором применяют малоэффективные низкочастотные колебания.
Цель изобретения - повышение качества поверхности непрерывно отливае- gg мых слитков, в том числе полых.
Поставленная цель достигаешься тем, что согласно способу непрерывной разливки металла, включающему подачу расплава в кристаллизатор, которому И сообщают вынужденные колебания ультразвуковой частоты, охлаждение формируемого слитка и вытягивание его из кристаллизатора, колебательную ско рость кристаллизатора устанавливают щ в 1,3- 10 раз выше скорости вытягивания слитка, при этом пучность смещений ультразвуковых волн располагают на участке формирования корочки слитка, а прямое охлаждение слитка ведут на расстоянии 1/8- 1/3 длины волны ультразвуковых. колебаний от середины зоны контакта металла с кристаллизатором.
Предлагаемый способ основан на увеличении колебательной скорости кристаллизатора, определяемой по формуле
Ч = 21 f - частота вводимь<х колебаний; А - амплитуда колебаний. Однако, в отличие от известного способа увеличение колебательной скорости кристаллизатора достигается не за счет повышения амплитуды, а посредством увеличения частоты вводимых колебаний, что обеспечивает упрощение устройств, используемых для возбуждения и ввода колебаний, и снижает трение на поверхности кон такта кристаллиэатора с формируемой заготовкой. На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид. Внешний охлаждаемый кристаллиэатор 1 снабжен коллектором 2, из которого струи 3 воды подаются непосредственно на наружную поверхность полой заготовки 4 выходящей из кристаллизатора. Внутренний кристаллизатор 5, жестко связанный с магнитострикционным преобразователем 6, установленным на арочной опоре 7, имеет полость заполненную водой, которая через отверстия 8 струями 9 подается на внутреннюю поверхность заготовки 4. Длина акустической системы, включающей внутренний кристаллиэатор 5 и магнитострикционный преобразователь 6, выполнена кратной длине полуволны (-/2) возбуждаемых ультразвуковых колебаний, причем пучность смещений стоячей ультразвуковой волны расположена в зоне контакта заготовки 4 с кристаллизатором место крепления коллектора 2, внутреннего кристаллизатора 5 и выполнение отверстий в них обеспечивают расположение зоны прямого охлаждения заготовки струями воды на расстоянии одной четверти длины волны ультразвуковых колебаний от среднего уровня зоны контакта металла со стенками кристаллизаторов 1 и 5. <.пособ осуществляется следующим образом. Расплавленный металл (расплав) заливают через один иэ боковых проемов арочной опоры 7 в кольцевое пространство, образованное внутренней стенкой кристаллизатора 1 и наружной стенкой кристаллизатора 5, и закрытое снизу поддоном и затравкой (не показаны). В момент заливки начинают одновременно возбуждать в кристаллизаторе 5 ультразвуковые колебания (УЗК) и опускать вниз поддон с затравкой, вытягивая с постоянной скоростью формирующуюся заготовку 4. В процессе вытягивания заготовки 4 из кристаллизаторов ее внешнюю и внутреннюю поверхности непрерывно охлаждают струями воды 3 и 9, подаваемыми из отверстий коллектора 2 и внутреннего кристаллизатора 5. При возбуждении в кристаллизаторе 5 ультразвуковых колебаний с колебательной скоростью, превышающей 899239 6 скорость вытягивания заготовки 4, на границе контакта металла с кристаллизаторами 1 и 5 сила трения уменьшается. Это объясняется тем, что относительная скорость движения метал- 5 ла по стенке вибрирующего кристаллиэатора меняет свое направление, причем определенную часть периода У3К относительная скорость совпадает с направлением движения слитка, а остальную часть периода направлена в противоположную сторону. Поэтому при сообщении УЗК кристаллизатору 5 возникающая сила контактного трения, направление действия которой зависит от направления вектора относительной скорости, также меняет свое направление. При совпадении направления вектора относительной скорости с направ- 20 лением движения заготовки 4 сила трения направлена противоположно усилию вытягивания заготовки и препятствует перемещению металла, как и при обычном литье. В другой момент полного пе 5 периода колебаний, когда вектор отноl сительной скорости не совпадает с направлением движения, заготовки силы трения становится как бы положительной и направлена в сторону вытягива- эв ния заготовки, способствуя перемещению последней. Такой характер изменения сил контактного трения приводит к уменьшению среднего значения действующей силы трения и тем самым способствует повышению качества поверхности заготовки. Введение У3К только через внутренний кристаллизатор (оправку) обеспечивает получение качественной поверх- 4а ности отверстия полых заготовок. Однако для получения одинаково качественной наружной и внутренней поверхностей заготовки необходимо вводить УЗК аналогичных параметров как во внутренний, так и в наружный кристаллизатор одновременно. В случае же отливки сплошных заготовок положительный эффект достигается введением УКЗ в кристаллизатор, формирующий наружную поверхность заготовки. Нижний предел соотношения V V равен 1,3 (ЧК вЂ” колебательная скорость кристаллизатора, Vp - скорость вытягивания заготовки). Более низкое 55 значение укаэанного соотношения не позволяет получить качественной поверхности заготовки, Превышение верхнего предела V< V нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение вводимой в кристаллизатор акустической мощности связано с неоправданными энергозатратами, которые не обеспечивают заметного улучшения качества поверхности заготовки. Расположение пучности смещений ультразвуковой волны на участке формирования корочки заготовки обеспе" чивает достижение максимальной колебательной скорости на этом участке, а следовательно, позволяет предельно снизить среднюю величину контактного трения. Прямое охлаждение слитка на расстоянии 1/8 — 1/3 длины волны УЗК от верхнего уровня зоны контакта металла с кристаллизатором обеспечивает подключение дополнительной акустической нагрузки, которую представляет собой используемый объем охлаждающей воды, подаваемой из отверстий коллектора и внутреннего кристаллизатора, вблизи пучности напряжений (в узле смещения ультразвуковой вол-. ны). Подключение нагрузки вблизи узла смещения волны УЗК не приводит к изменению акустических характеристик колебательной системы, положение-колебательных величин в ней не меняется, и система остается резонансной, так как колебательная скорость кристаллизатора в месте контакта его с расплавом при включении прямого охлаждения остается неиэменноч. Пример 1. Непрерь1вную заготовку с наружным диаметром 156 мм и, внутренним диаметром 65 мм отливают из алюминиевого сплава марки Д 16, сообщают внутреннему кристаллизато" ру ультразвуковые колебания от стандартного магнитострикционного преобразователя марки ЛМС- 15А- 18. Скорость литья - 16 см/мин, температура расплава — 700+10 Частота ультразвуковых колебаний внутреннего кристаллиэатора составляет 18 к! ц, а амплитуда на участке образования корочки слитка — 1 — 1.0 мкм. Это позволяет развить на этом участке колебательную скорость 17 - 170 см/мин. Прямое охлаждение поверхности слитка водой осуществляется на расстоянии 60 мм от зоны образования корочки металла, что в материале слитка составляет 1/4 длины волны звука в сплаве Д 16. Параметры колебаний кристталлизатора на частоте 18 кГц Скорость литья, см/мин Характеристика поверхности слитка КолебательАмплитуда, мкм5510 ная скорость VN, см/мин Наплывы, неслитины, завороты 20,4 0,3 Морщины 2,12 Ровная поверхность Q,g То же 2,0 Небольшие морщины Таблица 2 r Характеристика внутренней поверхности слитка Расстояние от плоскости образования корочки расплава до пояса прямого охлаждения слитка водой, мм Небольшие наплывы,морщины Ровная поверхность 40/1/6 $/ 60/1/4 P/ 80/1/3 P./ 120/1/2 р./ «55 Небольшие наплывы, морщины 7 899239 8 Результаты осмотра внутренней поверх- скорость Vy = 68,0 см/мин, а отноности слитка приведены в табл.1. шение Чк/V>= 4,25. Меняют положение Внутренняя поверхность слитков, пояса прямого охлаждения водой внутполученная с введением ультразвука ренней поверхности слитка 20 - 120 им, в кристаллизатор при Ч =34" 135 cM/мин5 g т,е. в длинах волн звука в материаобеспечивающей соотношение Чк/Ч в ле слитка 1/2 — 1/12. Длина волны диапазоне 1,3-10, не требует до- звука в материале кристаллизатора полнительной механической обработ- g = 240 мм. Результаты осмотра поки перед процессом пластической де- верхности полого слитка представформации. 1О лены в табл.2. Пример 2. Полую заготовку Сформированная в оптимальных Р с наружным диаметром 156 мм отлива- условиях охлаждения (1/6/1/3N внутют из алюминиевого сплава Д 16 с ренняя поверхность слитка не требует воздействием ультразвука на внутрен.- последующей механической обработки нии кристаллизатор. Колебательная 15 перед прессованием. а б л и ц а 899239 Формула изобретения ВНИИПИ Заказ 12014/14 Тираж 8 2 Подписное Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная,4 Способ непрерывной разливки алюминия, включающий подачу расплава в кристаллизатор, которому сообщают вынужденные колебания ультразвуковой частоты, охлаждение формируемого слитка и вытягивание его из кристаллизатора, о т л и ч à ю щ и с я тем, что, с целью повышения качества поверхности слитка, колебательную скорость кристаллизатора устанавливают в 1,3 - 10 раз выше скорости вытягивания слитка, при этом пучность смещений ультразвуковых волн располагают на участке формирования корочки слитка, а прямое охлаждение слитКа ведут на расстоянии 1/8-1/3 длины .волны ультразвуковых колебаний от середины зоны контакта металла. с кристаллизатором. l й.- Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Патент США У 3363668, кл. 164-71, 1968. 2. Авторское свидетельство СССР М 511136, кл. В 22 0 11/00, 1976.
